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1编号密级：毕业设计论文课题名称：LED恒流驱动电源的设计年级专业：姓名：指导教员：二009年6月2指导教员评语指导教员：（签字）年月日3毕业答辩小组评语：成绩评定：答辩小组组长：（签字）组员：4年月日摘要LED具有高效、长寿命、低功耗、安全等优点,已被广泛应用于城市景观装饰、交通车站和商业广告等公众设施.近年来,随着单晶单管LED的输出功率、发光效率以及高功率封装技术的不断发展,使LED作为一般照明具有广泛的应用前景.然而,LED的输出光流明数和波长同PN结的温度以及电流密切相关.常规的驱动电路,恒流效果差,温度漂移特性差,输入电压范围窄等缺点,将引起LED的提前老化,不能达到LED长寿命的特点等.本设计中的研究方向是改变上述电路的缺点,达到高效率,低成本,真正达到恒流效果.以达到实际工业生产中的要求。文中重点阐述了电路的反馈系统以及电路中应用元件的简介及选择,并对开关电源的分类和功能进行了简单说明,最后还对本次设计的优缺点及展望作了描述。关键词：LED开关电源反馈系统恒流目录第一章引言1．1本课题研究的目的1．2设计LED开关电源时应该注意参数1．3LED驱动电源的分类及特性第二章设计中元件简介2.1NCP1200简介2.2PC817简介2.3LM358简介2.4周边元器件选择第三章设计方案3.1电路原理3.2电路要求53.3案一不隔离型直接反馈电路3.4方案二不隔离型晶体管反馈电路3.5方案三不隔离型运放反馈电路3.6方案四不隔离型光耦直接反馈电路第四章实验中问题及处理方法第五章实验总结第一章引言1．1本课题研究的目的LED驱动电源成为LED工程亮化一个软肋LED驱动电源贯穿整个LED产业链的发展，可以比喻为保持LED产业顺利发展的血液，缺少了LED电源环节，上中下游的发展将短路、缓慢，无法实现高速的飞跃，因此，在中国LED产业链的逐步成熟的今日，掌握了先进可靠的LED驱动，将快速的抢占市场，从而迅速的实现LED的产业化。LED灯珠芯片没有问题，但是电源提前损坏了，虽然LED灯本身还是好的，但是展示在客户面前就是你的灯不行，灯坏了，不能用。所以，电源还是一个比较困惑的问题。”LED驱动电路应该解决的问题：1.封装环节中的LED灯珠静电保护和开路保护难题；研发的具有静电保护功能的器件，使得LED能够防止静电，同时避免因其中一颗损坏（开路）而引起整个灯串不亮的情况。2.高压交流输入提供恒流源；为LED提供最佳的恒流源驱动，保持其处于最佳的工作状态；为实现LED的普及和应用提供了可靠的基础。3.工程应用中的电源方案；由于天气的差异、各地电压的差异，LED的工作环境的不同，实际工程中的设计和应用的种种特殊指标和要求。1．２设计LED开关电源时应该注意参数LED开关稳压电源(以下简称LED开关电源)问世后,在很多领域逐步取代了线性稳压电源和晶闸管相控电源.早期出现的是串联型LED开关电源,其主电路拓扑与线性电源相仿,但功率晶体管工作于开关状态.随着脉宽调制(PWM)技术的发展,PWM-LED开关电源问世,它的特点是用20kHz的载波进行脉冲宽度调制,LED开关电源的效率可达65%~70%,而线性电源的效率只有30%~40%.因此,用工作频率为20kHz的PWM-LED开关电源替代线性电源,可大幅度节约能源,从而引起了人们的广泛关注,在LED开关电源技术发展史上被誉为20kHz革命.随着超大规模集成(ultra-large-scale-integrated-ULSI)芯片尺寸的不断减小,LED开关电源的尺寸与微处理器相比要大得多;而路灯LED开关电源、大功率LED开关电源、军用LED开关电源以及用电池的便6携式电子设备(如手提计算机、移动电话等)更需要小型化、轻量化的LED开关电源.因此,对LED开关电源提出了小型轻量要求,包括磁性元件和电容的体积重量也要小.此外,还要求LED开关电源效率要更高,性能更好,可靠性更高等.这一切高新要求便促进了LED开关电源的不断发展和进步.设计LED开关电源时应该注意参数:1:LED开关电源功率密度提高开关电源的功率密度,使之小型化、轻量化,是人们不断追求的目标.这对便携式电子设备(如移动电话,数字相机等)尤为重要.使开关电源小型化的具体办法有以下几种.一是高频化.为了实现电源高功率密度,必须提高PWM变换器的工作频率、从而减小电路中储能元件的体积重量.二是应用压电变压器.应用压电变压器可使高频功率变换器实现轻、小、薄和高功率密度.压电变压器利用压电陶瓷材料特有的“电压-振动”变换和“振动-电压”变换的性质传送能量,其等效电路如同一个串并联谐振电路,是功率变换领域的研究热点之一.三是采用新型电容器.为了减小电力电子设备的体积和重量,须设法改进电容器的性能,提高能量密度,并研究开发适合于电力电子及电源系统用的新型电容器,要求电容量大、等效串联电阻(ESR)小、体积小等.2:LED开关电源中高频磁性元件的选择LED开关电源系统中应用大量磁元件,高频磁元件的材料、结构和性能都不同于工频磁元件,有许多问题需要研究.对高频磁元件所用的磁性材料,要求其损耗小、散热性能好、磁性能优越.适用于兆赫级频率的磁性材料为人们所关注,纳米结晶软磁材料也已开发应用.3:LED开关电源中高频化以后软开关技术的应用LED开关电源高频化以后,为了提高LED开关电源的效率,必须开发和应用软开关技术.它是过去几十年国际电源界的一个研究热点.PWM-LED开关电源按硬开关模式工作(开/关过程中电压下降/上升和电流上升/下降波形有交叠),因而开关损耗大.高频化虽可以缩小体积重量,但开关损耗却更大了.为此,必须研究开关电压/电流波形不交叠的技术,即所谓零电压开关(ZVS)/零电流开关(ZCS)技术,或称软开关技术,小功率软LED开关电源效率可提高到80%~85%.上世纪70年代谐振开关电源奠定了软开关技术的基础.随后新的软开关技术不断涌现,如准谐振(上世纪80年代中)全桥移相ZVS-PWM,恒频ZVS-PWM/ZCS-PWM(上世纪80年代末)ZVS-PWM有源嵌位;ZVT-PWM/ZCT-PWM(上世纪90年代初)全桥移相ZV-ZCS-PWM(上世纪90年代中)等.我国已将最新软开关技术应用于6kW通信电源中,效率达93%.4:LED开关电源中使用同步整流技术LED开关电源中使用同步整流技术,相对于低电压、大电流輸出的软开关变换器,可进一步提高其效率的措施是设法降低开关的通态损耗.例如同步整流(SR)技术,即以功率MOS管反接作为整流用开关二极管,代替萧特基二极管7(SBD),可降低管压降,从而提高LED开关电源电路效率.5:LED开关电源中功率因数校正(PFC)变换器应用LED开关电源中功率因数校正(PFC)变换器应用.由于AC/DC变换电路的输入端有整流器件和滤波电容,在正弦电压输入时,单相整流电源供电的电子设备,电网侧(交流输入端)功率因数仅为0.6-0.65.采用功率因数校正(PFC)变换器,网侧功率因数可提高到0.95~0.99,输入电流THD10%.既治理了对电网的谐波污染,又提高了电源的整体效率.这一技术称为有源功率因数校正(APFC).6:LED开关电源的全数字化控制LED开关电源的控制已经由模拟控制,模数混合控制,进入到全数字控制阶段.全数字控制是发展趋势,已经在许多功率变换设备中得到应用.全数字控制的优点是数字信号与混合模数信号相比可以标定更小的量,芯片价格也更低廉;对电流检测误差可以进行精确的数字校正,电压检测也更精确;可以实现快速,灵活的控制设计.7:LED开关电源电磁兼容性LED开关电源电磁兼容性:高频LED开关电源的电磁兼容(EMC)问题有其特殊性.功率半导体器件在开关过程中所产生的di/dt和dv/dt,将引起强大的传导电磁干扰和谐波干扰,以及强电磁场(通常是近场)辐射.不但严重污染周围电磁环境,对附近的电气设备造成电磁干扰,还可能危及附近操作人员的安全.同时,电力电子电路(如开关变换器)内部的控制电路也必须能承受开关动作产生的EMI及应用现场电磁噪声的干扰.上述特殊性,再加上EMI测量上的具体困难,在电力电子的电磁兼容领域里,存在着许多交叉学科的前沿课题有待人们研究.8:LED开关电源设计和测试技术LED开关电源系统的CAD,包括主电路和控制电路设计、器件选择、参数最优化、磁设计、热设计、EMI设计和印制电路板设计、可靠性预估、计算机辅助综合和优化设计等.用基于仿真的专家系统进行LED开关电源系统的CAD,可使所设计的系统性能最优,减少设计制造费用,并能做可制造性分析,是21世纪仿真和CAD技术的发展方向之一.此外,LED开关电源系统的热测试、EMI测试、可靠性测试等技术的开发、研究与应用也是应大力发展的.9:LED开关电源系统集成技术LED开关电源系统集成技术:LED电源设备的制造特点是非标准件多、劳动强度大、设计周期长、成本高、可靠性低等,而用户要求制造厂生产的LED开关电源产品更加实用、可靠性更高、更轻小、成本更低.这些情况使LED开关电源制造厂家承受巨大压力,迫切需要开展集成LED开关电源模块的研究开发,使LED开关电源产品的标准化、模块化、可制造性、规模生产、降低成本等目标得以实现.实际上,在LED开关电源集成技术的发展进程中,已经经历了电力半导体器件模块化,功率与控制电路的集成化,集成无源元件(包括磁集成技术)等发展阶8段.近年来的发展方向是将小功率LED开关电源系统集成在一个芯片上,可以使LED开关电源产品更为紧凑,体积更小,也减小了引线长度,从而减小了寄生参数.在此基础上,可以实现一体化,所有元器件连同控制保护集成在一个模块中.上世纪90年代,随着大规模分布电源系统的发展,一体化的设计观念被推广到更大容量、更高电压的电源系统集成,提高了集成度,出现了集成电力电子模块(IPEM).IPEM将功率器件与电路、控制以及检测、执行等单元集成封装,得到标准的,可制造的模块,既可用于标准设计,也可用于专用、特殊设计.优点是可快速高效为用户提供产品,显著降低成本,提高可靠性.1．3LED驱动电源的分类及特性1、按驱动方式可分为两大类：（1）恒流式:a、恒流驱动电路输出的电流是恒定的，而输出的直流电压却随着负载阻值的大小不同在一定范围内变化，负载阻值小，输出电压就低，负载阻值越大，输出电压也就越高；b、恒流电路不怕负载短路，但严禁负载完全开路。c、恒流驱动电路驱动LED是较为理想的，但相对而言价格较高。d、应注意所使用最大承受电流及电压值，它限制了LED的使用数量；（2）稳压式：a、当稳压电路中的各项参数确定以后，输出的电压是固定的，而输出的电流却随着负载的增减而变化；b、稳压电路不怕负载开路，但严禁负载完全短路。c、以稳压驱动电路驱动LED，每串需要加上合适的电阻方可使每串LED显示亮度平均；d、亮度会受整流而来的电压变化影响。2、按电路结构方式分类（1）电阻、电容降压方式：通过电容降压，在闪动使用时，由于充放电的作用，通过LED的瞬间电流极大，容易损坏芯片。易受电网电压波动的影响，电源效率低、可靠性低。（2）电阻降压方式：通过电阻降压，受电网电压变化的干扰较大，不容易做成稳压电源，降压电阻要消耗很大部分的能量，所以这种供电方式电源效率很低，而且系统的可靠也较低。（3）常规变压器降压方式：电源体积小、重量偏重、电源效率也很低、一般只有45%～60%，所以一般很少用，可靠性不高。（4）电子变压器降压方式：电源效率较低，电压范围也不宽，一般180～240V，波纹干扰大。（5）RCC降压方式开关电源：稳压范围比较宽、电源效率比较高，一般可以做到70%～80%，应用也较广。由于这种控制方式的振荡频率是不连续，开关频率不容易控制，负载电压波纹系数也比较大，异常负载适应性差。（6）PWM控制方式开关电源：主要由四部分组成，输入整流滤波部分、输出整流滤波部分、PWM稳压控制部分、开关能量转换部分。PWM开关稳压的基本9工作原理就是在输入电压、内部参数及外接负载变化的情况下，控制电路通过被控制信号与基